基于计算机的机械飞行器在土木工程中的经济影响

张博闻 ,张赵迮 ,温泽堂 ,向传红 ,杨加乐 ,刘昕宇 ,冯卿洋 ,张银坤

沈阳航空航天大学

摘要

掌握土木工程施工现场状况，如施工进度、质量问题、安全隐患等，为项目管理者及时做出决策具有重要的意义。传统的人工监察与摄像头监控方式效率较低且不灵活，无法应对突发事件。因此，该文阐述了基于计算机的机械飞行器在土木工程前期准备、施工过程、运营维护三个不同阶段的具体应用现状，探讨了基于计算机的机械飞行器在土木工程应用中所面临的机遇与挑战，并展望了基于计算机的机械飞行器在土木工程应用中的研究方向，如基于计算机的机械飞行器结合VR眼镜实现实时数据传递等。

关键词：基于计算机的机械飞行器；土木工程；经济影响

1基于计算机的机械飞行器在土木工程应用中的经济优势

目前，常用的现场进度掌控、安全监管等施工信息采集方式主要有两类，一是人工获取，二是监控获取。人工获取较灵活但过于费时、费力，且效率低，无形中增加人工成本。监控获取虽能实时获得信息，但监控不灵活、视角单一，且有死角，对于突发事件反应较慢。施工现场环境污染监控，如PM2.5、扬尘等，一般通过视频监控、仪器采样或固定点监测，这些方法不仅效率低且布设范围有限。而现在的施工现场为提高空气质量、减少扬尘等，大部分采用沿固定路线布设水管喷射水汽或使用抑尘射雾器等设备，一定程度上能改善施工环境，但效率较低，成本较高。总结来看，常用的信息采集方式大部分为地面监控，少部分为空中监控，如RM2.5检测仪、摄像机等架设在高处，但这仍属于固定型检测，只能定点监控局部信息。相对而言，基于计算机的机械飞行器搭载摄像机、检测仪、定位传感器等专用设备将数据传送至地面不仅成本低、操纵灵活、安全风险小、覆盖区域广，且是一种新颖、可靠、低成本高收益的土木工程数据采集方式，只不过，在风力较大或气温很低时，基于计算机的机械飞行器飞行会受到较大影响。综上所述，与其他施工现场数据采集方式相比，基于计算机的机械飞行器有一定的作业要求，但在施工现场的信息采集、环境改善等方面有着显著的优势，具体如下：（1）监测范围广：低空飞行、巡航高度可调、速度快、定点悬停、变换视角灵活，因此可以实现从局部到广域的点、线、面施工现场与建筑体监测，有利于项目管理者快速、高效地控制局面；（2）采集信息多样化：基于计算机的机械飞行器作为平台，可搭载不同的工具，如摄像机、三维激光扫描仪、红外热像仪等。因此根据需要可以获取感兴趣区域的图像、视频、三维激光点云等多样信息；（3）机动灵活：能够通过遥控随时改变飞行高度、方向、速度、相机角度等，不受地面施工现场或建筑体影响；（4）可应急救援：在施工现场或建筑体有事故发生时，基于计算机的机械飞行器可以立即出动，全局深入现场观察实况，为管理者提供信息以便及时做出决策；（5）风险低：不用考虑驾驶员风险，能够在恶劣环境等情况下执行高危任务；针对危险性大、难度大的施工点，远程监控，无需人工接触，降低危险系数；（6）效率高：基于计算机的机械飞行器作业准备时间短，可随时出动，具有低投入、高效益的特点。因此，基于计算机的机械飞行器参与土木工程建设，发挥自己的优势与专长，监控施工现场，可为施工进度、施工质量、安全监控等提供有力的数据。

2基于计算机的机械飞行器的在土木工程中的应用实例

2.1前期准备阶段

在土木工程施工之前需进行前期准备工作，包括勘察、规划、设计。其中规划与设计依赖于勘察阶段所获取的施工地点地形地貌资料。因此，基于计算机的机械飞行器在前期准备工作中主要可用于测绘制图，通过基于计算机的机械飞行器航拍结合地面控制点获取高精度的地形地面，如经pix4dMapper等软件处理获取地面正射影像与三维模型、基于空三加密后的正射影像经MicrostationV8.0软件自动获取地形图。利用基于计算机的机械飞行器进行测绘制图主要有三点优势：（1）精细化三维建模；（2）快速更新测图；（3）恶劣环境的作业手段。

2.2施工管理阶段

在土木工程施工管理阶段，基于计算机的机械飞行器主要用于进度管理、安全监管、质量管理、文明施工、成本管理。进度管理工程开工往往都有进度安排，但是实际上由于各种原因，如土木工程施工行业的从业人员复杂，大部分从业者文化程度较低、整体素质不高，返工或缓工等现象普遍存在，进度缓慢。通常工地进度管理采用人工监工，该方法不仅费时、费力、效率低，无法全面掌控，且依然有不少消极怠工等各种问题。此外，项目施工过程中需要实时掌握项目的进展情况，现在大部分都是单纯地利用相机拍摄施工现场的二维画面，该方法不能够对施工现场进行全面分析。因此，利用基于计算机的机械飞行器在现场进度管理中主要有以下几个应用与优势：①将高清摄像头搭载于基于计算机的机械飞行器，通过设定固定航线、控制云台可以在施工现场从不同高度、不同角度监督工人们施工，可以更有效地监视和规范员工的行为；②基于计算机的机械飞行器搭载三维激光扫描仪获取施工现场点云数据，通过revit等建模软件建立三维模型，对比规划设计的BIM模型分析进度等，方便项目管理者查找疏漏并及时制定下一项工作的实施方案；③从高处监测整个工程施工状况，通过设置飞行路线，拍摄关键施工点、人工难以接近的现场，帮助管理者从整体上了解施工状况，并准确及时地做出决策；④结合航空摄影技术、虚拟图像技术可生成真实视图与虚拟视图混合的三维模型，重现施工现场。

2.3工程完工阶段

工程完成后投入运营，并不意味着对工程的监管结束。虽然原则上任何一个建筑物或桥梁隧道等都有一定的使用寿命周期，但部分工程在未达寿命周期就会出现质量问题，类似于2017年4月14日杭州萧山一段刚建成8年的高架桥坍塌的事件常有发生，因此我们有必要在工程运营阶段进行监测与维护。现在基于计算机的机械飞行器已经逐步应用于工程运营阶段变形检测中，主要有：使用基于计算机的机械飞行器获取桥梁隧道、建筑物等表面信息，借助图像提取技术提取裂缝，获得裂缝宽度大小、混凝土塌落状况等指标的定量检测以及工程表面各种缺陷的定性检测，比较变形允许值，管理者可快速判断是否需采取措施预防坍塌等事故发生。

3结语

随着城市的迅速发展，社会对土木工程质量、安全、可持续发展等多方面提出越来越高的要求，而基于计算机的机械飞行器凭借高效快速、经济、作业成本低、风险低、机动灵活等优势受到人们的关注，并在土木工程领域得到应用与推广。根据需要，基于计算机的机械飞行器可搭载高清相机、三维扫描仪、PM2.5检测仪等设备采集信息、监控与管理施工现场，应用于测绘制图、进度管理、质量管理、安全监管、绿色文明施工、运营维护监测等多方面，贯穿土木工程项目整个过程。

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